Altair Feko, 5G通信的天線設計

透過Altair的FEKO模擬這些新型天線設計將透過多重的優化和權衡分析。FEKO是全面的電磁模擬套件，非常適合這些類型的設計。並且提供用於天線模擬的MoM、FEM和FDTD求解器，以及用於大型陣列天線的高效模擬專用工具。

 

隨著5G推出的日期指日可待，第五代行動通訊網路的技術正如火如荼地進行。5G的新要求（例如，容量增加1000倍，數據速率提高10倍等）將為汽車、醫療保健、工業和遊戲等各種應用創造機會。但若是要使這些要求可以實現，就需要使用更高的頻率。為此歐洲和美國分別分配了26 GHz和28 GHz頻帶，相較於典型的4G頻率高出十倍以上。其他進展將包括載波聚合(carrier aggregation)以增加頻寬，以及使用大型MIMO天線陣列透過波束成形(beamforming)和空間多工(spatial multiplexing)來分離用戶。

透過模擬推動創新
這些技術發展將帶來新的挑戰，這些挑戰將影響目前應用於行動裝置和基地台天線的設計方法。由於傳播損耗的增加，因此需要更高增益的天線來維持毫米波段的通訊。儘管可以通過使用多元天線陣列來實現，但卻還是必須面臨天線設計的複雜性、被迫減少的波束寬度以及複雜的電路回饋(feed circuits)。
透過Altair的FEKO™模擬這些新型天線設計將透過多重的優化和權衡分析。FEKO™是全面的電磁模擬套件，非常適合這些類型的設計。透過模擬，進行多重的優化和權衡分析，使這些新型天線更能貼近現實的應用。Altair的FEKO™是全面的電磁模擬套件，非常適合天線的設計，並且提供用於天線模擬的MoM、FEM和FDTD求解器，以及用於大型陣列天線的高效模擬專用工具。
 

行動裝置
在行動電話中，天線面積通常是非常有限的，在大多數情況下，需要在天線尺寸和性能之間取得平衡。在毫米波段中，天線覆蓋區小很多，透過天線幾何形狀的優化以及更高階的MIMO配置可以使天線在有限的空間下實現最佳的天線性能。
在高頻下，雖然波長較小（30GHz的波長大約為1cm）。但手機的大小大概也就只是幾十個波長那麼大。因此天線集成過程變得更像是天線放置問題—這些都是FEKO有考慮到的。在MIMO模擬中，由於在高頻中更容易實現空間分離，因此要達到天線的互不干擾更為容易。同樣地，完整的模組可以使多樣的模擬更為容易實現。

基地台
FEKO的高性能求解器和專用工具集非常適合用於5G基地台的模擬大型MIMO天線陣列。在設計陣列的過程中，可以優化2×2的子部分(subsection)，達到良好的匹配，並且將增益最大化以及將元件間的隔離最小化—這是一種非常有效的方法，可以使大幅度地減少鄰近的元件耦合。並且可以將設計外推到大型陣列配置中，以進行最終分析。透過優化處理，可以在幾個小時內解決這些多變數和多目標問題。使用FEKO的FDTD或MLFMM方法可以有效地解決對整個陣列幾何形狀的分析。儘管FDTD非常高效（計算16×16平面陣列(planar array)耗時1.5小時），但若是特定的天線形狀，MLFMM也可能是一個不錯的選擇。

 
5G通道和網路部署
FEKO中模擬的行動裝置和基地台天線方向圖可用於WinProp™中，以對5G無線電網路覆蓋範圍進行進階的系統分析，並統計城市，農村和室內場景的通道訊息。

WinProp已經廣泛用於4G / LTE網路規劃。但是，由於環境參數的改變，模擬的結果也會有所改變。會影響結果的參數包含毫米波中的大氣吸收和降雨帶來的路徑損耗、對牆壁的穿透力以及表面粗糙度。

除了能夠計算角度和延遲之外，WinProp還提供了一個平台，可以在考慮波束成形的情況下的進行分析和比較不同MIMO配置的性能。

5G的未來
儘管對於5G環境的實現似乎還是有一些未知的挑戰，但如今已經可以使用模擬來進一步了解並探索新的解決方案。FEKO為設備和基地台天線設計提供了全面的解決方案，而WinProp將實現成功部署網路的要求。

 

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